Air Bersih

TINJAUAN PUSTAKA

5. Gelas ukur berfungsi untuk mengukur jumlah air distilasi air gambut

2.9 Air Bersih

Air merupakan kebutuhan pokok manusia dalam menunjang seluruh aktifitas kehidupan. Air yang diperlukan manusia harus cukup untuk seluruh kebutuhan hidup khususnya kebutuhan minum. Secara kuantitasnya kebutuhan air tidaklah sama disetiap daerah. Air minum aman bagi kesehatan apabila memenuhi persyaratan fisika,mikrobiologis, kimiawi, dan radioaktif yang dimuat dalam parameter wajib dan parameter tambahan, berdasarkan Permenkes RI No. 492/Menkes/Per/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum. Secara umum syarat-syarat kualitas air minum, terdiri dari:

1. Syarat fisika; air bebas dari pencemaran dalam arti kekeruhan, warna, rasa, dan bau.

18

2. Syarat kimia; air minum tidak boleh mengandung zat kimia yang beracun sehingga dapat mengganggu kesehatan, estetika, dan gangguan

ekonomi.

3. Syarat bakteriologi; air yang dipengaruhi sebagai air bebas dari kuman penyakit, dimana termasuk bakteri, protozoa, virus, cacing, dan jamur.

4. Syarat radioaktif; air minum yang bebas dari sinar alfa dan beta yang dapat merugikan kesehatan.

Untuk itu, menurut standar direktorat jendral Cipta Kerya Departemen Pekerjaan Umum (PU), kebutuhan air bersih per orang per hari adalah sebagai berikut:

Tabel 2.2 Kebutuhuan Bersih Air Per Orang Per Hari Meneurut Departemen Pekerjaan Umum (PU)

Kategori Kota Jumlah Penduduk (Jiwa) Konsumsi Air (Liter/Org/Hari) Metropolitan

(Sumber:Standar direktorat Jendral Cipta Karya, Departemen Pekerjaan Umum)

19 2.10 Kebutuhan Air

Bahwa di permukaan bumi ini terdapat 326 juta kubik mil air, dan dari sejumlah itu 97,2 % terdapat di laut (Tjutju Susana, 2003). Secara rinci dapat dilihat dalam tabel 2.3.

Wilayah Volume air (kubik mil) Persentase total Air permukaan

Sebagaimana diketahui bahwa ketergantungan manusia terhadap air banyak sekali jumlahnya, terutama yang berhubungan dengan kesehatan. Gambaran tentang berapa banyak air bersih yang diperlukan orang Indonesia yang tinggal di perkotaan untuk setiap orang per hari, dapat dilihat dalam Tabel 2.4 berikut :

20

KEPERLUAN JUMLAH PEMAKAIAN

(liter)

Minum 2,0

Masak dan kebersihan dapur 14,5

Mandi, kakus 20,0

Cuci pakaian 13,0

Wudhu 15,0

Kebersihan rumah 32,0

Menyiram tanaman 11,0

Mencuci kendaraan 22,5

Lain-lain 20,0

JUMLAH 150,0

Tabel 2.4 : Kebutuhan Air Per Orang Per Hari

(Sumber : Tjutju Susana, Junal Ilmiah: Air Sebagai Sumber Kehidupan, 2003)

Air memiliki sifat sebagai pelarut universal yang di dalamnya selalu terlarut unsur dan senyawa kimia lainnya selain hidrogen dan oksigen sebagai unsur utamanya. Oleh karena itu, tidak ada air dan perairan alami yang murni di bumi ini. Dengan terlarutnya unsur dan senyawaan kimia di dalamnya, maka air merupakan komponen ekologis yang berperan penting bagi hidup dan kehidupan organisme.

21 2.11 Konstanta Surya

Lapisan luar dari matahari yang disebut fotosfer memancarkan suatu spectrum radiasi yang kontiniu. Untuk maksud yang akan dibahas kiranya cukup untuk menganggap matahari sebagai sebuah benda hitam, sebuah radiator sempurna pada 5762 K. Dalam ilmu fotovoltaik dan studi mengenai permukaan tertentu, distribusi spektral sangat penting (PROF. Wiranto Arismunandar, Buku : Teknologi Rekayasa Surya, 1995).

Gambar 2.9 : Bola surya

(PROF. Wiranto Arismunandar, Buku : Teknologi Rekayasa Surya, 1995)

Radiasi yang dipancarkan oleh permukaan matahari, Es, adalah sama dengan hasil perkalian konstanta Stefan-Boltznann σ, pangkat empat temperatur permukaan absolut 𝑇_𝑠⁴, dan luas pemukaan π 𝐷_𝑠².

Es = σ𝐷_𝑠²𝑇_𝑠⁴W ……….…………...Pers. 2.1

22 Dimana σ = 5,57 × 10^-8 W/ (m². K⁴), temperatur permukaan Ts dalam K, dan diameter matahari ds dalam meter.

Pada radiasi ke semua arah, lihat Gambar 2.12 energi yang diradiasikan mencapai luas perrmukaan bola dengan matahari sebagai titik tengahnya. Jari-jari, R adalah sama dengan jarak rata-rata antara matahari dan bumi. Luas permukaan bola adalah sama dengan 4 πR², dan fluksa radiasi pada satu satuan luas dari permukaan bola tersebut yang dinamakan iradiansi. (PROF. Wiranto Arismunandar, Buku : Teknologi Rekayasa Surya, 1995).

G = ^{𝜎𝑑𝑠2𝑇𝑠4}

4 𝑅² W/m² ………..…………Pers. 2.2

Dengan garis tengah matahari 1.39 × 10² m, temperatur permukaan matahari 5762 K, dengan jarak rata-rata antara matahari dan bumi sebesar

1.5 × 10¹¹ m, maka fluksa radiasi per satuan luas dalam arah yang tegak lurus pada radiasi tepat diluar atmosfer bumi adalah :

G = ^{5,67 × 10}

−3 𝑊 (𝑚² . 𝐾⁴) × (1,39 × 10⁹)² 𝑚² × (5.762 × 10³)⁴ 𝐾⁴

4 × (1,5 × 10¹¹)² 𝑚² …....…Pers. 2.3

= 1353 W/m²

23 Konstanta Surya (Gsc)

1,353 W/m² 429 Btu/(hr.ft²) 116,4 Langley/hr 4,871 MJ/m² . hr

Tabel 2.4 : Satuan lain pada konstanta surya

(Sumber : Dari “Teknologi Rekayasa Surya” Prof.Wiranto Arismunandar.1995)

Dalam proses pengujian distilator surya, perpindahan panas yang terjadi dalam sebuah kolektor surya adalah perpindahan panas radiasi pada pelat penyerap panas ke plastik penutup kolektor. Radiasi surya yang diserap oleh pelat penyerap pada kolektor surya diubah menjadi panas. Berikut adalah persamaan untuk menghitung panas pada plat penyerap kolektor: (PROF. Wiranto Arismunandar, Buku : Teknologi Rekayasa Surya, 1995).

qrad = σ × ɛ × A × ( 𝑇_𝑃⁴ - 𝑇_𝐶⁴) ………..……….……….Pers. 2.4 Keterangan : σ = Konstanta Stefan-Boltzmann, 5,67 × 10^{-8 𝑊}

𝑚² . 𝐾⁴

ɛ = Emisivitas plat penyerap, ɛ = 1 A = Luas plat penyerap, m²

Tp = Temperatur plat penyerap, K Tc = Temperatur plastik penutup, K

24 2.12 Thermal Resistance Pada Kolektor Surya

Thermal resistance adalah kemampuan ketahanan suatu benda atau sistem tertentu terhadap aliran panas yang melaluinya dan bergantung pada sifat thermal seperti konduktifitas termal. Pada bagian kolektor surya, thermal resistance terjadi secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai thermal resistance, R dan perhitungan aliran panas, q yang melaluinya pada bagian kolektor:

q = ^∆𝑇

𝑅 ……….……….Pers. 2.5

Keterangan : q = Aliran panas, W

ΔT = Perbedaan temperatur, K

R = Thermal resistance, K/W (Rb, Rci, Rri, Rco, Rro)

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai Rb, Rci, Rri, Rco, Rro:

2.12.1 Thermal resistance untuk perpindahan panas konduksi dari plat penyerap panas bagian dalam ke bagian luar kolektor

Rb = ^𝐿

𝑘𝐴 ………..Pers. 2.6

Keterangan : Rb = Resistance konduksi, K/ W

25 L = Ketebalan plat penyerap, m

k = Konduktifitas plat penyerap, ^𝑊

𝑚 . 𝐾

A = Luas permukaan plat penyerap, m²

2.12.2 Thermal resistance untuk perpindahan panas konveksi dari plat penyerap ke plastik penutup

Rci = ¹

ℎ𝑐 × A ……….………Pers. 2.7

Keterangan : Rci = Resistance konveksi, K/ W

hc = Koefisien perpindahan panas konveksi, ^𝑊

𝑚². 𝐾

A = Luas permukaan plat penyerap, m²

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai hc:

hc = ^𝑘

𝐿 × Nu ………...………….Pers. 2.8

Keterangan : k = Thermal konduktifitas, ^𝑊

𝑚 . 𝐾

L = Panjang permukaan plat penyerap, m Nu = Bilangan Nusselt

26 Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai Nu: (persamaan 2.9 untuk menghitung bilangan Nusselt, bila hasil nilai dari bilangan Rayleigh antara 10⁹ sampai 10¹³)

Nu = 0,1 𝑅_𝑎𝐿

1

3 ………..………...Pers. 2.9

Keterangan : 𝑅_𝑎𝐿 = Bilangan Rayleigh

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai 𝑅_𝑎𝐿:

𝑅_𝑎𝐿 = ^{𝑔𝛽 (𝑇𝑝− 𝑇𝑐)𝐿}

3

𝑉² × Pr ………..………Pers. 2.10

Keterangan : g = Percepatan gravitasi, ^𝑚

𝑠²

𝛽 = Koefisien exspansi volume,¹

𝐾

𝑇_𝑝 = Temperatur plat penyerap, K 𝑇_𝑐 = Temperatur plastik penutup, K 𝑣 = Viskositas kinematik, ^𝑚2

𝑠

Pr = Bilangan Prandtl

“Untuk mencari nilai k, 𝛽, 𝑣, Pr pada perindahan panas secara konveksi dapat dilihat pada table A-15 tentang sifat udara 1 atm. Menggunakan persamaan Tf = (Tp + Tc)/2”

27 2.12.3 Thermal resistance untuk perpindahan panas radiasi dari plat penyerap ke

plastik penutup

Rri = ¹

ℎ_{𝑟𝑎𝑑 × A} ………….……….………..……Pers. 2.11

Keterangan : Rri = Resistance radiasi, K/ W

hrad = koefisien perpindahan panas radiasi, ^𝑊

𝑚². 𝐾

A = Luas permukaan plat penyerap, m²

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai hrad:

hrad = ɛ × σ × (T_𝑝²+ T_𝑐²) × (Tp + Tc) ……….……….Pers. 2.12

Keterangan : ɛ = Emisivitas plat penyerap, ɛ = 1

σ = Konstanta Stefan-Boltzmann, 5,67 × 10^{-8 𝑊}

𝑚² . 𝐾⁴

Tp = Temperatur plat penyerap, K Tc = Temperatur plastik penutup, K

2.12.4 Thermal resistance untuk perpindahan panas konveksi dari plastik penutup ke lingkungan

28 Rco = ¹

ℎ𝑐 × A ……….……….Pers. 2.13

Keterangan : Rco = Resistance konveksi, K/ W

hc = koefisien perpindahan panas konveksi, ^𝑊

𝑚² . 𝐾

A = Luas permukaan plastik penutup, m²

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai hc:

hc = ^𝑘

𝐿 × Nu ……….………….Pers. 2.14

Keterangan : k = Thermal konduktifitas, ^𝑊

𝑚 . 𝐾

L = Panjang permukaan plastik penutup, m Nu = Bilangan Nusselt

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai Nu: (persamaan 2.15 untuk menghitung bilangan Nusselt, bila hasil nilai dari bilangan Rayleigh antara 10⁹ sampai 10¹³)

Nu = 0,1 𝑅_𝑎𝐿

1

3 ………..………..……...Pers. 2.15 Keterangan : 𝑅_𝑎𝐿 = Bilangan Rayleigh

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai 𝑅_𝑎𝐿:

29 𝑅_𝑎𝐿 = ^{𝑔𝛽 (𝑇𝑐− 𝑇𝑙)𝐿}

3

𝑉² × Pr ………..………Pers. 2.16

Keterangan : g = Percepatan gravitasi, ^𝑚

𝑠²

𝛽 = Koefisien exspansi volume,¹

𝐾

𝑇_𝑐 = Temperatur plastik penutup, K 𝑇_𝑙 = Temperatur lingkungan, K 𝑣 = Viskositas kinematik, ^𝑚2

𝑠

Pr = Bilangan Prandtl

“Untuk mencari nilai k, 𝛽, 𝑣, Pr pada perindahan panas secara konveksi dapat dilihat pada table A-15 tentang sifat udara 1 atm. Menggunakan persamaan Tf = (Tc + Tl)/2

2.12.5 Thermal resistance untuk perpindahan panas radiasi dari plastik penutup ke lingkungan

Rro = ¹

ℎ𝑟𝑎𝑑 × A ……….………..……Pers. 2.17

Keterangan : Rro = Resistance radiasi, K/ W

hrad = koefisien perpindahan panas radiasi, ^𝑊

𝑚² . 𝐾

30 A = Luas permukaan plastik penutup, m²

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung nilai hrad:

hrad = ɛ × σ × (T_𝑐²+ T_𝑙²) × (Tc + Tl) ……….…….Pers. 2.18

Keterangan : ɛ = Emisivitas plastik penutup, ɛ = 0,9

σ = Konstanta Stefan-Boltzmann, 5,67 × 10^{-8 𝑊}

𝑚² . 𝐾⁴

Tc = Temperatur plastik penutup, K Tl = Temperatur lingkungan, K